一种用于全寿命周期的飞行器多模态切换的地面控制系统的制作方法

1.本发明属于飞行器多模态切换技术领域，特别涉及一种用于全寿命周期的飞行器多模态切换的地面控制系统。


背景技术：

2.飞行器是属于长期贮存，一次发射使用的特殊产品，其使用期间的测试控制涉及多个模式，如何有效的划分多模式，并将其有效的在各个模式之间实现切换，上述问题一直是困扰研制、生产和使用部门的一大难题。飞行器因其结构复杂，价格高，批量少，加速寿命研究方法尚不成熟，研制、生产时难以给出科学的切合实际的模式控制策略以实现最优健康态管理。由于缺乏实际储存环境数据和飞行器实际测试数据支撑，目前国际通用的方式是采用长期加电，持续单一模式测试控制，这样通常会降低飞行器的使用寿命。
3.飞行器研制的多模态(多种工作模式)主要是通过满足飞行器设备系统的任务需求为前提，以牺牲飞行器系统平台的一部分性能为代价而实现低多模式管理中的损耗、成本的研制目标，但降低的性能并不影响整个飞行器系统的正常工作，这是因为作为研制飞行器系统，每种设计模式状态并不需要长期使用，一般以待命为主。当飞行器系统在需要进入某种模式或者模拟状态时，多模式自主系统将能够从低损耗模式下快速启动进入正常工作模式，保证飞行器系统的正常工作。但是多模式自主系统将能够从低损耗模式下快速启动进入正常工作模式的过程中，会出现劣化的变化趋势，亟需一种飞行器多模态切换系统的监督平台。


技术实现要素：

4.本发明克服了现有技术的不足之一，提供了一种用于全寿命周期的飞行器多模态切换的地面控制系统，能够实现自动化的、实时的控制系统劣化的变化趋势的监督。
5.根据本公开的一方面，提出了一种用于全寿命周期的飞行器多模态切换的地面控制系统，所述系统包括近端和远端两部分，所述近端部分接近所述全寿命周期飞行器的一端，所述远端部分远离所述全寿命周期的飞行器的一端；
6.近端部分，用于根据接收到的控制指令切换所述地面控制系统的工作模式，其中所述地面控制系统的工作模式与所述飞行器的多模态相对应；
7.远端部分，用于接收预置飞行器工作的控制指令，并将所述控制指令发送至所述近端部分。
8.在一种可能的实现方式中，所述远端部分还用于将接收的预置飞行器工作的控制指令发送至所述飞行器的tc端。
9.在一种可能的实现方式中，所述近端部分包括火控盒、小电源、测控处理单元、电源系统、指控系统和处理器；
10.其中，所述火控盒，用于实现所述飞行器的基本测试需求；
11.所述小电源，用于向所述火控盒提供工作电源；
12.所述测控处理单元，用于多线程在线调度所述地面控制系统；
13.所述电源系统，用于向地面控制系统提供电源；
14.所述指控系统，用于辅助所述地面控制系统的做出控制决策；
15.所述处理器，用于提高处理获取的飞行器起飞前的系统数据。
16.在一种可能的实现方式中，所述远端部分包括应急处理装置和远程交互计算机；
17.其中，所述应急处理装置，用于在应急情况下处理飞行器的冗余数据；
18.所述远程交互计算机，用于接收预置飞行器工作的控制指令。
19.在一种可能的实现方式中，所述地面控制系统的工作模式包括紧急发射模式、核心机构热备份部组件模式和飞行器全部热备份模式。
20.在一种可能的实现方式中，当所述地面控制系统的工作模式为紧急发射模式时，所述近端部分的火控盒和小电源处于工作状态，所述远端部分的远程交互计算机处于工作状态。
21.在一种可能的实现方式中，当所述地面控制系统的工作模式为核心机构热备份部组件模式时，所述近端部分的测控处理单元和所述电源系统处于工作状态，所述远端部分的远程交互计算机处于工作状态。
22.在一种可能的实现方式中，当所述地面控制系统的工作模式为飞行器全部热备份模式时，所述近端部分的测控处理单元、所述电源系统、测控系统和处理器处于工作状态，所述远端部分的远程交互计算机、应急处理装置和市电处于工作状态。
23.在一种可能的实现方式中，所述紧急发射模式的响应能力的优先级最高，所述飞行器全部热备份模式的响应能力的优先级最低。
24.在一种可能的实现方式中，所述紧急发射模式的响应能力的优先级最高，所述飞行器全部热备份模式的响应能力的优先级最低，包括：
25.所述紧急发射模式向所述核心机构热备份部组件模式或所述飞行器全部热备份模式进行跳转；
26.所述核心机构热备份部组件模式向所述飞行器全部热备份模式进行跳转。
27.本公开的用于全寿命周期的飞行器多模态切换的地面控制系统，包括近端和远端两部分，所述近端部分接近所述全寿命周期飞行器的一端，所述远端部分远离所述全寿命周期的飞行器的一端；近端部分，用于根据接收到的控制指令切换所述地面控制系统的工作模式，其中所述地面控制系统的工作模式与所述飞行器的多模态相对应；远端部分，用于接收预置飞行器工作的控制指令，并将所述控制指令发送至所述近端部分。能够实现自动化的、实时的控制系统劣化的变化趋势的监督。
附图说明
28.附图用来提供对本技术的技术方案或现有技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分。其中，表达本技术实施例的附图与本技术的实施例一起用于解释本技术的技术方案，但并不构成对本技术技术方案的限制。
29.图1示出了根据本公开一实施例的飞地面控制系统的工作模式的原理框图；
30.图2示出了根据本公开一实施例的地面控制系统的工作模式为紧急发射模式的原理框图；
31.图3示出了根据本公开一实施例的地面控制系统的工作模式为核心机构热备份部组件模式的原理框图；
32.图4示出了根据本公开一实施例的地面控制系统的工作模式为全部热备份模式的原理框图；
具体实施方式
33.以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达到相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本技术实例以及实施例中的各个特征，在不相冲突前提下可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
34.另外，附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
35.图2-4分别示出了根据本公开一实施例的用于全寿命周期的飞行器多模态切换的地面控制系统的不同工作模式的原理框图。
36.由图2-4所示，该地面控制系统包括近端和远端两部分，近端部分接近全寿命周期飞行器的一端，用于根据接收到的控制指令切换地面控制系统的工作模式，其中地面控制系统的工作模式与所述飞行器的多模态相对应。远端部分远离所述全寿命周期的飞行器的一端。用于接收预置飞行器工作的控制指令，并将所述控制指令发送至近端部分，例如发送至近端部分的测控处理单元；同时，远端部分还用于将接收的预置飞行器工作的控制指令发送至所述飞行器的tc端。
37.在一示例中，由图2-4所示，地面控制系统的近端部分可以包括火控盒、小电源、测控处理单元、电源系统、指控系统和处理器；远端部分包括应急处理装置和远程交互计算机。
38.其中，火控盒用于实现所述飞行器的基本测试需求。小电源用于向火控盒提供工作电源。火控盒和小电源作为实时性极高的嵌入式测控设备，具有快速唤醒或快速响应，满足飞行器基本功能测控需求，实现紧急发射模式的地面测试控制功能。
39.测控处理单元用于多线程在线调度所述地面控制系统；电源系统用于向地面控制系统提供电源，例如电源系统向测控处理单元、指控系统、处理器等期间提供电源电压。其中，测控处理单元较火控盒增加了复杂的地面控制系统操作功能，支持多线程在线调度的能力。电源系统相比较于紧急发射模式的小电源，可以实现大功率、变频、高压的电源输出，支持飞行器的核心机构热备份部组件模式测试和控制需求。
40.指控系统用于辅助地面控制系统的做出控制决策，能够确保非飞行器测试控制工作的健壮性和稳定性。处理器用于提高处理获取的飞行器起飞前的系统数据。应急处理装置用于在应急情况下处理飞行器的冗余数据。通过地面控制系统的指控系统、处理器、应急处理装置、市电这些设备能够确保地面控制系统冗余容错能力和健壮性而在全部热备份模式下使用的设备。
41.远程交互计算机用于接收预置飞行器工作的控制指令，例如人在回路的交互信息平台，接收上级预置指令，视情介入测试控制过程。通过远程交互计算机能够将预置飞行器
工作的控制指令传输至近端部分的测控处理单元和飞行器tc端，进而控制地面控制系统的近端部分和飞行器切换为相应的工作模式。
42.该地面控制系统，除了对能源管理的硬件电路外，还包括核心处理器、处理器外围电路、存储器、通信接口、信号调理电路、模数转换电路等多模式的硬件飞行器系统研制的模拟电路设计，在此不做过多介绍。
43.在一示例中，地面控制系统的工作模式与所述飞行器的多模态相对应。
44.飞行器的多模态包括紧急发射模式、核心机构热备份部组件模式和箭地全部热备份模式。飞行器的tc端接收地面控制系统的远端部分的远程交互计算机发送的顶层指令(控制指令)，根据顶层指令控制飞行器的启动工作为紧急发射模式或核心机构热备份部组件模式或飞行器全部热备份模式，直到飞行器工作模式跳转为飞行状态时，在飞行器的各项参数安全的前提下发射飞行器。
45.图1示出了根据本公开一实施例的飞地面控制系统的工作模式的原理框图。
46.如图1所示，地面控制系统的工作模式可以包括紧急发射模式、核心机构热备份部组件模式和飞行器全部热备份模式。其中，紧急发射模式的响应能力的优先级最高，飞行器全部热备份模式的响应能力的优先级最低。即能够实现紧急发射模式向所述核心机构热备份部组件模式或所述飞行器全部热备份模式进行跳转；核心机构热备份部组件模式向所述飞行器全部热备份模式进行跳转。
47.举例来说，地面控制系统可以通过远程交互计算机接收预置飞行器工作的控制指令，根据预置飞行器工作的控制指令能够控制地地面控制系统的近端部分实现飞行器地面系统启动工作在紧急发射模式，或实现飞行器地面系统启动工作在核心机构热备份部组件模式，或实现飞行器地面系统启动工作在飞行器全部热备份模式，或实现飞行器地面系统由紧急发射模式跳转到核心机构热备份模式，或实现飞行器地面系统由紧急发射模式跳转到飞行器全部热备份模式，或实现飞行器地面系统由核心机构热备份模式跳转到核心机构热备份模式；最后由转化到的紧急发射模式、核心机构热备份模式、飞行器核心机构热备份模式，直接开启起飞飞行器的模式。
48.图2-4示出了根据本公开一实施例的地面控制系统的工作模式为紧急发射模式、核心机构热备份部组件模式、全部热备份模式的原理框图。图2-4中的灰色部分为休眠模块，白色部分为工作模块。
49.由图2可知，当地面控制系统的工作模式为紧急发射模式时，近端部分的火控盒和小电源处于工作状态，所述远端部分的远程交互计算机处于工作状态。其中，远端部分的交互计算机发出预置飞行器工作的控制指令，控制飞行器地面系统的近端和飞行器箭上系统的工作模式启动为紧急发射模式。
50.由图3可知，当地面控制系统的工作模式为核心机构热备份部组件模式(该模式具备动态监听热响应能力)时，所述近端部分的测控处理单元和所述电源系统处于工作状态，所述远端部分的远程交互计算机处于工作状态。其中，通过远端的交互计算机发出预置飞行器工作的控制指令，控制飞行器地面系统的近端和飞行器箭上系统的工作模式启动为核心机构热备份部组件模式。核心机构热备份部组件模式需要进行较全面的检测，需关闭嵌入式响应控制设备(火控盒和小电源)，启用作为地面控制系统中枢的测控处理单元，处理复杂业务。
51.由图4可知，当地面控制系统的工作模式为飞行器全部热备份模式(具备全功率热待机能力)时，所述近端部分的测控处理单元、所述电源系统、测控系统和处理器处于工作状态，所述远端部分的远程交互计算机、应急处理装置和市电处于工作状态。其中，通过远端的交互计算机发出预置飞行器工作的控制指令，控制飞行器地面系统的近端和飞行器箭上系统的工作模式启动为全部热备份模式。能够处理冗余容错信息，以确保非飞行器测试控制工作的健壮性和稳定性。
52.本公开的用于全寿命周期的飞行器多模态切换的地面控制系统，包括近端和远端两部分，所述近端部分接近所述全寿命周期飞行器的一端，所述远端部分远离所述全寿命周期的飞行器的一端；近端部分，用于根据接收到的控制指令切换所述地面控制系统的工作模式，其中所述地面控制系统的工作模式与所述飞行器的多模态相对应；远端部分，用于接收预置飞行器工作的控制指令，并将所述控制指令发送至所述近端部分。能够实现自动化的、实时的控制系统劣化的变化趋势的监督。
53.以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种用于全寿命周期的飞行器多模态切换的地面控制系统，其特征在于，所述系统包括近端和远端两部分，所述近端部分接近所述全寿命周期飞行器的一端，所述远端部分远离所述全寿命周期的飞行器的一端；近端部分，用于根据接收到的控制指令切换所述地面控制系统的工作模式，所述地面控制系统的工作模式与所述飞行器的多模态相对应；远端部分，用于接收预置飞行器工作的控制指令，并将所述控制指令发送至所述近端部分。2.根据权利要求1所述的地面控制系统，其特征在于，所述远端部分还用于将接收的预置飞行器工作的控制指令发送至所述飞行器的tc端。3.根据权利要求1所述的地面控制系统，其特征在于，所述近端部分包括火控盒、小电源、测控处理单元、电源系统、指控系统和处理器；其中，所述火控盒，用于实现所述飞行器的基本测试需求；所述小电源，用于向所述火控盒提供工作电源；所述测控处理单元，用于多线程在线调度所述地面控制系统；所述电源系统，用于向地面控制系统提供电源；所述指控系统，用于辅助所述地面控制系统的做出控制决策；所述处理器，用于提高处理获取的飞行器起飞前的系统数据。4.根据权利要求3所述的地面控制系统，其特征在于，所述远端部分包括应急处理装置和远程交互计算机；其中，所述应急处理装置，用于在应急情况下处理飞行器的冗余数据；所述远程交互计算机，用于接收预置飞行器工作的控制指令。5.根据权利要求4所述的地面控制系统，其特征在于，所述地面控制系统的工作模式包括紧急发射模式、核心机构热备份部组件模式和飞行器全部热备份模式。6.根据权利要求5所述的地面控制系统，其特征在于，当所述地面控制系统的工作模式为紧急发射模式时，所述近端部分的火控盒和小电源处于工作状态，所述远端部分的远程交互计算机处于工作状态。7.根据权利要求5所述的地面控制系统，其特征在于，当所述地面控制系统的工作模式为核心机构热备份部组件模式时，所述近端部分的测控处理单元和所述电源系统处于工作状态，所述远端部分的远程交互计算机处于工作状态。8.根据权利要求5所述的地面控制系统，其特征在于，当所述地面控制系统的工作模式为飞行器全部热备份模式时，所述近端部分的测控处理单元、所述电源系统、测控系统和处理器处于工作状态，所述远端部分的远程交互计算机、应急处理装置和市电处于工作状态。9.根据权利要求5所述的地面控制系统，其特征在于，所述紧急发射模式的响应能力的优先级最高，所述飞行器全部热备份模式的响应能力的优先级最低。10.根据权利要求9所述的地面控制系统，其特征在于，所述紧急发射模式的响应能力的优先级最高，所述飞行器全部热备份模式的响应能力的优先级最低，包括：所述紧急发射模式向所述核心机构热备份部组件模式或所述飞行器全部热备份模式进行跳转；所述核心机构热备份部组件模式向所述飞行器全部热备份模式进行跳转。

技术总结
本公开的用于全寿命周期的飞行器多模态切换的地面控制系统，包括近端和远端两部分，所述近端部分接近所述全寿命周期飞行器的一端，所述远端部分远离所述全寿命周期的飞行器的一端；近端部分，用于根据接收到的控制指令切换所述地面控制系统的工作模式，其中所述地面控制系统的工作模式与所述飞行器的多模态相对应；远端部分，用于接收预置飞行器工作的控制指令，并将所述控制指令发送至所述近端部分。能够实现自动化的、实时的控制系统劣化的变化趋势的监督。变化趋势的监督。变化趋势的监督。


技术研发人员：张英 陈伟 陶轶竹 陶磊岩 陶昕竹 王嘉贤 韦闽峰 田丰 江存胜 刘建敬 赵一飞 高晓颖 吕章刚 马征 周华 李然 文雨迪 卢强 扈宇飞 洪艳 张海韵 沈利华 牛志朝 张萌 聂振斌 王慧慧 施东强 孟捷坤 王世会 柳柱 张继生 冯丽 张志良 孟恭 蒋崇武 刘海滨 张烁
受保护的技术使用者：北京航天自动控制研究所
技术研发日：2022.12.12
技术公布日：2023/7/31